CN105001464B - 胎面用橡胶组合物及利用该组合物制造的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胎面用橡胶组合物及利用该组合物制造的轮胎。本发明的胎面用橡胶组合物表现出良好的耐切割与抗剥落性，同时与耐切割与抗剥落性是取舍关系的耐磨性能及耐热性能也很良好。特别是，其耐磨性及耐切割与抗剥落性非常优秀，因此利用所述胎面用橡胶组合物制造的轮胎可适当用于公共汽车或货车等。

Description

胎面用橡胶组合物及利用该组合物制造的轮胎
技术领域
本发明涉及一种胎面用橡胶组合物及利用该组合物制造的轮胎。具体讲，就是涉及一种在不降低耐磨及耐热性能的前提下能够提高耐切割及抗剥落性能的胎面用橡胶组合物及利用该组合物制造的轮胎。
背景技术
在轮胎各部位中唯一与路面接触的部位，即胎面橡胶将驱动力、制动力、转向力等轮胎承载的各种力向路面传递，从而保护胎面橡胶之外的部位免受外力损害。这种胎面橡胶传统上要求具备的性能包括抗裂性、耐磨性、耐热性、防滑性等。但是，一般来说，设定满足上述全部性能的橡胶配比是一件非常困难的事情，因此研发人员正在根据各种产品的性能目标分别研发与多种要求性能对应的胎面橡胶。
现有的耐切割性及抗剥落性的技术在适用时采用了对提高耐切割性及抗剥落性有利的高分子及碳黑等。作为这种技术，公开了在传统上对提高耐切割及抗剥落性有利的天然橡胶中并行使用粒径较小的碳黑和二氧化硅作为填充剂的技术(专利文献1)。但是，这种技术存在的缺点是必须将调配条件十分苛刻的二氧化硅一起混合，因此除了先行确保二氧化硅的调配技术可行以外，还要确保设备层面的技术可行。另外，随着为了提高耐切割及抗剥落性能而单纯作为增强剂添加的二氧化硅的使用，多少会降低耐热性能。
作为不同的技术，公开了为了能够改善耐磨性及操纵稳定性，同时还不会降低抗裂性及耐切割、抗剥落性，而在仅使用现有天然橡胶的高分子体系中适用多种合成橡胶的技术(专利文献2)。但是，这种技术也改变了现有的原料橡胶，最终在现场批量生产时必须同时确保主要原料的变更及混合条件等的最佳化。
在先技术文献
专利文献
大韩民国公开专利公报第10-2013-0071057号(公开日期：2013年6月28日)
大韩民国公开专利公报第10-2013-0019044号(公开日期：2013年2月26日)
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供一种在不降低耐磨及耐热性能的前提下能够提高耐切割及抗剥落性能的胎面用橡胶组合物。
本发明的另一个目的在于，提供一种利用所述胎面用橡胶组合物制造的轮胎。
技术方案
为了实现上述目的，依据本发明一个实施例的胎面用橡胶组合物包含原料橡胶100重量份及碳黑45至70重量份，所述碳黑包含第1碳黑40至60重量份及第2碳黑5至15重量份。所述第1碳黑相比于第2碳黑，STSA(Stactical Thickness Surface Area，统计厚度表面积)值大50至75m2/g，COAN(压缩样品油吸收值)值大5至30cc/100g，OAN(样品油吸收值)值大20至40cc/100g，碘吸附量值大50至70mg/g。
所述原料橡胶包含天然橡胶30至50重量份，丁二稀橡胶20至40重量份及丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber)20至30重量份。
相对原料橡胶100重量份，所述第1碳黑的含量为45至55重量份。相对原料橡胶100重量份，所述第2碳黑的含量为5至10重量份。
在一个示例中，第1碳黑的STSA为130至140m2/g，COAN为100至110cc/100g，OAN为125至135cc/100g，碘吸附量为135至145mg/g。在这种情况下，第2碳黑的STSA为70至80m2/g，COAN为85至95cc/100g，OAN为95至105cc/100g，碘吸附量为75至85mg/g。
在另一示例中，第1碳黑的STSA为135至145m2/g，COAN为85至95cc/100g，OAN为95至105cc/100g，碘吸附量为135至145mg/g。在这种情况下，第2碳黑的STSA为70至80m2/g，COAN为65至75cc/100g，OAN为65至75cc/100g，碘吸附量为75至85mg/g。
依据本发明另一实施例的轮胎是利用是所述胎面用橡胶组合物制造的。
下面，将对本发明进行更加详细的说明。
依据本发明一个实施例的胎面用橡胶组合物包含原料橡胶100重量份及碳黑45至70重量份。所述碳黑包含第1碳黑40至60重量份及第2碳黑5至15重量份。所述第1碳黑相比于第2碳黑，STSA值大50至75m2/g，COAN值大5至30cc/100g，OAN值大20至40cc/100g，碘吸附量值大50至70mg/g。
所述原料橡胶可以是从由天然橡胶、合成橡胶及其组合构成的组中选择的任意一种。
所述天然橡胶可以是普通天然橡胶或改性天然橡胶。所述普通天然橡胶只要是常见的天然橡胶，使用任何一种都可以，对其原产地等都没有限定。所述天然橡胶将顺式-1，4-聚异戊二烯作为主要成份包含，但是根据所要求的特性不同也可以含有反式-1，4-聚异戊二烯。因此，所述天然橡胶除了将顺式-1，4-聚异戊二烯作为主要成份包含的天然橡胶之外，还可包括将反式-1，4-聚异戊二烯作为主要成份包含的天然橡胶像，例如，一种产于南美山榄果科的橡胶的一种，即巴拉塔树胶等。
所述改性天然橡胶是指将所述普通天然橡胶经改性或精炼而获得的橡胶。例如：所述改性天然橡胶包括：环氧化天然橡胶(ENR)、脱蛋白天然橡胶(DPNR)、氢化天然橡胶等。
所述合成橡胶可以是从由丁苯橡胶(SBR)、改性丁苯橡胶、丁二稀橡胶(BR)、改性丁二稀橡胶及其组合构成的组中选择的任意一种。
在一个示例中，为了提供具有耐磨及耐热性和良好的耐切割性与抗剥落性的货车或公共汽车用胎面，所述原料橡胶可以含有天然橡胶30至50重量份、丁二稀橡胶20至40重量份及丁苯橡胶20至30重量份。
所述第1碳黑相比于第2碳黑，STSA值大50至75m2/g，COAN值大5至30cc/100g，OAN值大20至40cc/100g，碘吸附量值大50至70mg/g。如果第1及第2碳黑的STSA、COAN、OAN及碘吸附量的差异在上述范围内，则在保持良好耐磨性能的同时还能够提高耐切割性与抗剥落性。特别是，对于2种碳黑来说，在STSA、COAN、OAN及碘吸附量方面显示出上述范围程度的，可以不受限地利用现有使用的ASTM等级碳黑。因此，可以直接利用现有轮胎制造工艺，无需合成新的填充剂，从而可以非常经济而又高效地提供性能优良的轮胎。
但是，如果第1碳黑与第2碳黑间的STSA差异在50m2/g以下或者COAN差异在5cc/100g以下或者OAN差异在20cc/100g以下或碘吸附量差异在50mg/g以下的情况下，2种碳黑间的协同效应就微不足道，从而很难期待耐切割性与抗剥落性能的改善。相反，如果第1碳黑与第2碳黑的STSA差异超过75m2/g或者OAN差异超过40cc/100g或碘吸附量差异超过70mg/g的情况下，耐磨及耐热性能就会降低。如果第1碳黑与第2碳黑间的COAN差异超过30cc/100g，因耐热性能会降低，对滞后(hysteresis)不利。
所述第1及第2碳黑相对原料橡胶100重量份可以使用45至70重量份。如果碳黑的含量低于上述范围，碳黑的增强性能就会下降，由此导致耐磨性能变得脆弱。如果碳黑的含量超过上述范围，则没有与橡胶结合的碳黑就不能分散，并成为一种发热因素，从而使轮胎性能下降。
所述第1碳黑相对原料橡胶100重量份可以使用40至60重量份，第2碳黑相对原料橡胶100重量份可以使用5至15重量份。如果第1碳黑的含量超过60重量份或者第2碳黑的含量低于5重量份，则抗张强度、模量及延伸率间具有优良均衡的第2碳黑只能发挥微不足道的互补功能。如果第1碳黑的含量低于40重量份或者第2碳黑的含量超过15重量份，则相比于添加到胎面用橡胶组合物中的填充剂具有低结构(low structure)及窄的比表面积的碳黑影响就会增大，从而使耐磨及耐热性能降低。
在一个示例中，第1碳黑相对原料橡胶100重量份使用45至55重量份，第2碳黑相对原料橡胶100重量份使用5至10重量份。如果第1及第2碳黑的用量在上述范围内，则以良好的水准保持及改善耐磨及耐热性能的同时还能够极大提高耐切割性与抗剥落性能。结果是，这种胎面用橡胶组合物就可以提供货车或公共汽车用轮胎，其不仅能够满足耐磨及耐热性能等首要特性良好而且还能够满足耐切割与抗剥落性能等次要特性良好。
为了在不降低耐磨及耐热性能的前提下提高耐切割性与抗剥落性能，所述第1及第2碳黑可以采用合适的碳黑，以使胎面在低应变(lowstrain)区域内具有较高的模量值，在高应变(high strain)区域内具有较低的模量值。
在一个示例中，第1碳黑可以使用STSA为130至140m2/g、COAN为100至110cc/100g、OAN为125至135cc/100g、碘吸附量为135至145mg/g的碳黑。在这种情况下，第2碳黑可以使用STSA为70至80m2/g、COAN为85至95cc/100g、OAN为95至105cc/100g、碘吸附量为75至85mg/g的碳黑。
在另一个示例中，第1碳黑可以使用STSA为135至145m2/g、COAN为85至95cc/100g、OAN为95至105cc/100g、碘吸附量为135至145mg/g的碳黑。在这种情况下，第2碳黑可以使用STSA为70至80m2/g、COAN为65至75cc/100g、OAN为65至75cc/100g、碘吸附量为75至85mg/g的碳黑。
所述胎面用橡胶组合物还可以选择性地进一步包含附加的硫化剂、硫化促进剂、硫化促进助剂、填充剂、偶联剂、防老化剂、软化剂或胶粘剂等各种添加剂。所述各种添加剂只要是本发明所属技术领域常用的任何一种都可以使用，其含量依照普通胎面用橡胶组合物中所用的配合比，并没有特别的限定。
依据本发明另一实施例的轮胎利用所述胎面用橡胶组合物制造。利用所述胎面用橡胶组合物制造轮胎的方法只要是现有制造轮胎所用的方法任何一种都能适用，本说明书中省略详细说明。
所述轮胎可以是子午线(radial)轮胎或斜交(bias)轮胎。
有益效果
本发明的胎面用橡胶组合物表现出良好的耐切割与抗剥落性，同时与耐切割与抗剥落性是取舍关系的耐磨性能及耐热性能也很良好。特别是，其耐磨性及耐切割与抗剥落性优秀，所以利用所述胎面用橡胶组合物制造的轮胎可适当用于公共汽车或货车等。
具体实施方式
下面，为了让具有本发明所属技术领域相关知识的人员能够很容易实施，将对本发明的实施例进行详细说明。但是，本发明可以通过多种不同的形态去实现，并非仅仅限定于此处列举的实施例。
[制造例:制造橡胶组合物]
利用下述表1所列组成制造依据下述实施例及比较例的胎面用橡胶组合物。所述橡胶组合物的制造依照了普通橡胶组合物的制造方法。
【表1】
(单位：重量份)
(1)碳黑A：STSA为130至140m2/g、COAN为100至110cc/100g、OAN为125至135cc/100g、碘吸附量为135至145mg/g的碳黑。
(2)碳黑B：STSA为70至80m2/g、COAN为85至95cc/100g、OAN为95至105cc/100g、碘吸附量为75至85mg/g的碳黑。
(3)碳黑C：STSA为135至145m2/g、COAN为85至95cc/100g、OAN为95至105cc/100g、碘吸附量为135至145mg/g的碳黑。
(4)碳黑D：STSA为70至80m2/g、COAN为65至75cc/100g、OAN为65至75cc/100g、碘吸附量为75至85mg/g的碳黑。
[实验例：测定制造的橡胶组合物的物性]
利用班伯里密炼机将所述实施例及比较例中制造的橡胶组合物调配制造出橡胶板，并对加硫后抗张强度及粘弹性等基本物性和耐切割与抗剥落性进行了评估，其结果如下述表2所示。
【表2】
(1)硬度(Shore A)依据DIN 53505进行测定。硬度是体现操纵稳定性的值，其数值越高表明操纵稳定性越好。
(2)10％及300％模量是将橡胶试片剪切成哑铃型并利用拉力试验机(英斯特朗公司制造)进行测定。10％模量是指将试片拉伸10％时作用于试片上的应力，300％模量是指将试片拉伸300％时作用于试片上的应力。低应变区域内的模量越高，并且高应变区域内的模量越小，就对耐切割与抗剥落性越有利。
(3)耐热指数是利用室内耐久试验机进行评估的结果，比较例1为100，实施例1及2的值用指数表示。比较例2为100，实施例3及4的值用指数表示。耐热指数越大，耐热性越好。
(4)耐切割性与抗剥落性指数是通过锋利的刀刃按一定周期和一定力量对旋转的橡胶试片施加冲击，并通过试验前与试验后试片的重量差异进行测定。比较例1为100，实施例1及2的值用指数表示，比较例2为100，实施例3及4的值用指数表示。耐切割与抗剥落性指数越大，耐切割与抗剥落性能越优秀。
(5)耐磨性指数利用LAT-100磨损试验机进行测定，耐磨性指数越大，耐磨性越优秀。
参照所述表2可以看出，与使用一种碳黑的比较例1相比，使用了以提高低应变模量并降低高应变模量的方式组合的两种碳黑的实施例1及2，在耐切割与抗剥落性方面有提升。
另外，实施例3及4以良好水准保持或改善耐热与耐磨性能，同时与比较例2相比，其耐切割与抗剥落性显示出了大幅提升。
另外，将实施例1及3与实施例2及4比较可确认，即使使用两种碳黑，当低结构碳黑(例如，碳黑B及D)的用量增加时，其耐热及耐磨性能也会降低。由此可以看出，两种碳黑的混合比非常重要。
在上述说明中，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但是本发明的权利范围并非仅限定于此，该领域的技术人员利用所附权利要求书中定义的本发明基本概念进行的多种变形及改良形态也都属于本发明的权利范围。

Claims (4)

1.一种胎面用橡胶组合物，其特征在于：
包含：原料橡胶100重量份及碳黑45至70重量份；
所述碳黑包含：第1碳黑40至60重量份及第2碳黑5至15重量份，
所述第1碳黑的STSA为135至145m2/g，COAN为85至95cc/100g，OAN为95至105cc/100g，碘吸附量为135至145mg/g；
所述第2碳黑的STSA为70至80m2/g，COAN为65至75cc/100g，OAN为65至75cc/100g，碘吸附量为75至85mg/g，
第1碳黑相比于第2碳黑，STSA值大55至75m2/g，COAN值大10至30cc/100g，OAN值大20至40cc/100g，碘吸附量值大50至70mg/g。
2.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于：
所述原料橡胶包含：天然橡胶30至50重量份，丁二烯橡胶20至40重量份及丁苯橡胶20至30重量份。
3.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于：
相对原料橡胶100重量份，所述第1碳黑的含量为45至55重量份；相对原料橡胶100重量份，所述第2碳黑的含量为5至10重量份。
4.一种利用权利要求1所述的胎面用橡胶组合物制造的轮胎。
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